(57)【要約】 【課題】停電時においても所定時間の間、患者に所定の濃度の酸素供給が可能な酸素濃縮装置の提供。【解決手段】本考案の酸素濃縮装置は、空気の取り入れ口から取り入れられた空気を圧縮するための圧縮手段と、圧縮された空気内の酸素以外の所定の成分を吸着筒内で吸着して圧縮された空気内から除去するための濃縮手段と、所定の成分が除去された濃縮酸素を蓄積するための製品タンクと、呼吸同調供給制御手段を備え、ＡＣ電源とバッテリ電源／ＤＣ電源での動作可能な酸素濃縮装置であって、バッテリ電源／ＤＣ電源での動作時において、濃縮手段による酸素濃縮気体の連続供給可能な５Ｌ／分までの流量範囲内での運転に対し呼吸同調モードを使用者が任意に選択可能にしたことを特徴とする。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
空気の取り入れ口から取り入れられた空気を圧縮するための圧縮手段と、前記圧縮された空気内の酸素以外の所定の成分を吸着筒内で吸着して前記圧縮された空気内から除去するための濃縮手段と、前記所定の成分が除去された濃縮酸素を蓄積するための製品タンクと、呼吸同調供給制御手段を備え、ＡＣ電源とバッテリ電源／ＤＣ電源での動作可能な酸素濃縮装置であって、
バッテリ電源／ＤＣ電源での動作時において、前記濃縮手段による酸素濃縮気体の連続供給可能な５Ｌ／分までの流量範囲内での運転に対し呼吸同調モードを使用者が任意に選択可能にしたことを特徴とする酸素濃縮装置。
【請求項２】
呼吸同調モードで動作する場合、酸素濃縮気体供給量を同レベルに設定した場合の連続供給運転時に比べて低消費電力で運転させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項３】
呼吸同調モードで動作する場合、バッテリ電源での動作可能時間を音声，表示等で報知することを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
【請求項４】
前記呼吸検知手段は、前記気体出口を通して吸引者の呼吸状態を識別するものであることを特徴とする請求項１記載の酸素濃縮装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は９０％以上の濃度の高い酸素濃縮気体を患者に供給するための酸素濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の酸素濃縮装置として例えば特開２００２−８５５６６号公報（特許文献１）に記載のものがある。ここにおける酸素濃縮装置は、空気を取り込んで送気するコンプレッサと、そのコンプレッサから送気される圧縮空気の酸素濃度を高めて酸素濃縮気体を作る濃縮手段と、濃縮手段で作った酸素濃縮気体を蓄える気体タンクと、気体タンクに蓄えた酸素濃縮気体を吸引者に供給するための気体出口と、吸引者の呼吸状態を識別する呼吸検知手段と、前記気体出口から酸素濃縮気体を連続して吐出させる連続供給制御手段と、吸引者の吸気に同調させて設定量の酸素濃縮気体を気体出口に供給し、一方、呼気のときに酸素濃縮気体の気体出口への供給量を減少させ、その間に前記気体タンクに酸素濃縮気体を蓄えて次の吸気に備えさせる同調供給制御手段とを有し、コンプレッサ並びに濃縮手段による酸素濃縮気体の連続供給可能な能力範囲内の供給設定に対しては連続供給制御手段で対応し、また、コンプレッサ並びに濃縮手段による酸素濃縮気体の連続供給可能な能力範囲を越えた供給設定に対しては同調供給制御手段で対応するようになっている。なお、同調供給制御手段による呼吸同調運転時には、呼気時に作った酸素濃縮気体の余剰分を気体タンクに蓄え、その蓄えた分を上乗せして吸気時に供給するため、連続供給可能な能力範囲を越えた供給設定にも対応できる。また、酸素ボンベを供給源にし、呼吸同調で使用者（患者）に酸素を供給する装置も提案されている（特許文献２）。しかしながら、使用者にとって使い勝手が悪く、定期的に酸素ボンベを配送する必要もある。
【特許文献１】特開２００２−８５５６６号公報
【特許文献２】特許３６５５７９２号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の５Ｌ／分の９０％以上の濃縮酸素を供給する酸素濃縮装置は、ＡＣ１００Ｖ電源のみで駆動するものであり、停電時においては、濃縮酸素の供給が全くできないという問題点があった。
【０００４】
本考案は上記に鑑みなされたもので、停電時においても所定時間の間、患者に所定の濃度の酸素供給が可能な酸素濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本考案は、空気の取り入れ口から取り入れられた空気を圧縮するための圧縮手段と、圧縮された空気内の酸素以外の所定の成分を吸着筒内で吸着して圧縮された空気内から除去するための濃縮手段と、所定の成分が除去された濃縮酸素を蓄積するための製品タンクと、呼吸同調供給制御手段を備え、ＡＣ電源とバッテリ電源／ＤＣ電源での動作可能な酸素濃縮装置であって、バッテリ電源／ＤＣ電源での動作時において、濃縮手段による酸素濃縮気体の連続供給可能な５Ｌ／分までの流量範囲内での運転に対し呼吸同調モードを使用者が任意に選択可能なようにしたことを特徴とする。また、呼吸同調モードで動作する場合、酸素濃縮気体供給量を同レベルに設定した場合の連続供給運転時に比べて低消費電力で運転させるようにしたことを特徴とする。また、呼吸同調モードで動作する場合、バッテリ電源での動作可能時間を音声，表示等で報知することを特徴とする。また、呼吸検知手段は、気体出口を通して吸引者の呼吸状態を識別するものであることを特徴とする。
【考案の効果】
【０００６】
本考案の酸素濃縮装置によれば、ＡＣ電源での駆動時には、９０％以上の濃縮酸素を最大５Ｌ／分まで連続流量で患者に供給でき、停電時，外出時等でＡＣ電源での駆動ができない場合でも呼吸同調モードにより、落雷，台風等による停電が起きても所定時間、例えば３時間程度、９０％以上の濃縮酸素を５Ｌ／分の連続流量相当で患者に供給できる。また、予備バッテリを１個以上充電しておけば、さらに数時間程度、９０％以上の濃縮酸素を５Ｌ／分の連続流量相当で患者に供給できる。また、緊急の場合、メンテナンス等を行うサイトから、充電済のバッテリを速やかに配送することで酸素濃縮器の動作を停止させることなく、９０％以上の濃縮酸素を５Ｌ／分の連続流量相当で患者に供給できる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本考案の実施形態に対応した酸素濃縮装置の概観斜視図、図２は、構成の一例を示すブロック図である。なお、太線および矢印は、配管流路(導管)および空気(濃縮酸素)の流れ方向を示すものである。空気取入口１００から酸素濃縮装置１内に取り込まれる空気は、フィルタ１０１と、消音バッファも兼ねる吸気フィルタ１０２とによりゴミが除去された後、コンプレッサ(圧縮手段)１０５で圧縮される。なお、コンプレッサ(圧縮手段)１０５は、冷却用ファン１０４により冷却される。
【０００８】
圧縮された空気は配管流路を切替える流路切換手段としての３方向切換弁(パイロット式３方向電磁弁)１０７を介して、吸着剤が充填され、並列に２本配列された吸着筒１０８ａ，１０８ｂのいずれかに送り込まれる。
【０００９】
吸着筒１０８ａ，１０８ｂ内では空気のガス分離が行われ、生成された酸素濃縮ガスは一時的に製品タンク１１１に送り込まれた後、さらに圧力調整器１１２と流量調節器(流量設定器)１１５とを介して圧力と流速に基づく流量とが制御され（このとき、酸素濃度は圧力調整器１１２に接続した酸素濃度センサ１１４によって検知される。）、呼吸同調器(デマンド弁を含む)１１６を経て、酸素濃縮装置１のワンタッチ酸素出口１１７からチューブ１５２、鼻カニューレ１５１を経て使用者（患者）に最大流量２Ｌ／分の９０％程度に濃縮された酸素が供給されるように構成されている。なお、１１６ａは、流量検知方式等の呼吸センサ、１５０は着脱自在な加湿器である。使用者（患者）が９０％以上濃縮酸素の連続流を設定・選択し、ＡＣ電源で使用する場合、通常は、呼吸同調器１１６は作動しないようになっている。また、吸着された酸素以外の成分を排出(排気)するため、コンプレッサ１０５の減圧手段ＶＰ、排気マフラ１２０、排気口１２１により排気流路を形成している。この排気流路に開放弁(真空破壊弁)１１８が設けられている。
【００１０】
酸素濃縮装置１の駆動は、通常は、病院，在宅（自宅）などの屋内、列車，船舶，バスなどの交通機関内においては、ＡＣ１００Ｖ電源と接続するＡＣ電源コネクタ１３０、スイッチング電源部１２５を介して商用電源により行われる。停電時，外出時等においては、バッテリ(充電式バッテリ)１２７によって行われる。また、自家用自動車内などにおいては、ＤＣ１２Ｖ電源でも動作可能となっている。１２４は濃縮装置１全体を制御する制御部（ＣＰＵ）、１５３は装置全体の動作プログラム等が記憶されたＥＥＰＲＯＭ、１５４はＲＡＭである。
【００１１】
１２６は電源スイッチ、１２８は、表示部である。表示部１２８は、ＬＥＤ等で形成され、運転状態(通常動作時は緑色に点灯または点滅／異常時または停止時は赤色に点灯または点滅)、酸素濃度(所定濃度時は緑色に点灯または点滅／所定濃度範囲外は赤色に点灯または点滅)、呼吸同調動作表示、バッテリ残量表示(緑色から赤色までの複数段階の色、例えば６色)，バッテリ駆動可能残時間表示等の表示を行うようになっている。
【００１２】
この酸素濃縮装置１は、バッテリ駆動時において駆動時間を長くするためと、使用者（患者）の外出時／室内での移動時の利便性を向上するための防音化、低消費電力化を実現するために様々な工夫がなされており、以下に詳述する。
【００１３】
＜吸気フィルタ＞
吸気フィルタ１０２は、消音構造となっており、内部にフィルタを兼ね備えた一体構造となっている。約２００ｃｃ程度の体積で、重量は１２０ｇ程度である。
【００１４】
＜コンプレッサ＞
コンプレッサ１０５は、総重量約１ｋｇであり、制御部(ＣＰＵ)１２４、モータ制御部１２３により駆動制御が行われる。コンプレッサ１０５は、加圧機能(加圧手段：Ｐ)と減圧機能(減圧手段：ＶＰ)の両方の機能を備えるものである。コンプレッサ１０５は、取出される濃縮（９０％以上）酸素流量（０．２５Ｌ／分〜５．０Ｌ／分）に応じて回転数が制御される。回転速度（回転数）は、５００ｒｐｍから３０００ｒｐｍの間で制御される。至適速度（１７００ｒｐｍ程度)で回転するときの操作寿命は１５０００時間程度である。
【００１５】
コンプレッサ／モータ・システムを取り巻く操作温度は、好ましくは０℃〜４０℃である。コンプレッサ１０５用の電源は、ＡＣ１００Ｖの商用電源，１２Ｖまたは２４Ｖ ＤＣ電源  (自動車などのアダプタから得られる電源)で、電圧は、好ましくは１２Ｖまたは２４Ｖ ＤＣ(自動車などのアダプタから得られる電源)である。電力使用量は、約４５〜８０Ｗ程度で制御される。
【００１６】
コンプレッサ１０５の冷却と、できれば酸素濃縮装置１全体の冷却のために、コンプレッサ１０５には消費電力約２．７Ｗ程度のシャフト搭載ファン、もしくはブロア等の冷却ファン(冷却手段)１０４が少なくとも２本取り付けられ得る。酸素濃縮装置１の最大騒音圧力レベルは、制御される最大の回転数（濃縮（９０％以上）酸素連続流量５．０Ｌ／分）の場合、３５ｄＢＡ以下であり、濃縮酸素流量１Ｌ／分以下の場合、３３ｄＢＡである。また、コンプレッサ１０５は、空気を１００ｋＰａ、好ましくは６０ｋＰａ以下に圧縮するように適応される。コンプレッサ１０５は、濃縮（９０％以上）酸素連続流量（０．２５Ｌ／分〜５．０Ｌ／分），濃縮（９０％以上）酸素呼吸同調流量（０．２５Ｌ／分〜５．０Ｌ／分）等各種速度で運転可能である。これらの条件は、ＥＥＰＲＯＭ１５３にテーブル化して記憶されている。
【００１７】
＜筐体構造・コンプレッサの配置＞
表面カバー２１４ａ，２１４ｂの裏面には独立気泡のウレタンスポンジ製の吸音材（不図示）敷設されている。コンプレッサ１０５の１対の水平対向ピストンの往復移動方向は防音室の底面に平行な水平方向であるが、負荷が大きくなると上下方向に大きく振動する。このためにコンプレッサ１０５を防音室内で略垂直方向の防振状態にするコンプレッサ固定台上にコンプレッサ１０５を固定して振動を効率的に吸収している。こうして、コンプレッサ１０５の防振と防音が効果的に図れる。
【００１８】
９０％以上の濃縮酸素を５Ｌ／分まで連続供給可能な装置であっても、必要な真空／圧力レベルと流量を提供し、僅かな騒音と振動しか出さず、僅かな熱しか発生せず、比較的小型軽量であり、そして僅かな電力を消費するものであることが好ましい。充電式バッテリ１２７や他の商用電源等の電源に対してコンプレッサ１０５に必要とされる消費電力を軽減するために可変速度制御器(可変速度制御手段)１２３ａが設けられている。可変速度制御器１２３ａを備えることにより、使用者（患者）の活動レベル、環境条件に基づいてコンプレッサ１０５の速度を変化させることができる。例えば、可変速度制御器１２３ａは、使用者（患者）が座ったり、寝たり、低い場所にいる時等、使用者（患者）の酸素要求が比較的低いと判断される時にはコンプレッサ１０５の駆動(回転)速度を落とし、使用者（患者）が立ったり、活動的であったり、高地にいるときなど、使用者（患者）の酸素要求が比較的高い、もしくは高まったと判断される時には速度を上げることができる。これによって酸素濃縮装置１全体の消費電力が低減され、充電式バッテリ１２７での駆動時の充電式バッテリ１２７の寿命を延ばし、充電式バッテリ１２７の重量と大きさを軽減し、コンプレッサ１０５の摩耗度を低めて寿命を延ばし信頼性が向上する。
【００１９】
＜開放弁＞
酸素濃縮装置１に採用されるコンプレッサ１０５の形態は加圧機能(加圧手段：Ｐ)と減圧機能(減圧手段：ＶＰ)の両機能を備えるものである。加圧手段のみで構成された酸素濃縮装置より、この種のコンプレッサを採用することで酸素の回収率が高まり濃縮部の小型化できるという利点がある。しかしながら、一体化されたコンプレッサは加圧専用コンプレッサや真空専用コンプレッサに対して振動が大きいという問題点があった。特に、酸素濃縮プロセスにおいては均圧工程時に振動が激しくなる。均圧工程時には３方向切換弁１０７の流路は加圧機能側と吸着筒側が連通され、減圧機能側は遮断された状態となるため、３方向切換弁と減圧手段間は極端な高真空状態となるためである。この問題点を解決するために、まず、この流路内に外気と連通する開放弁１１８を設け、さらには均圧工程と同期して、制御部１２４により開放弁１１８を開状態に動作させることで流路内に外気が入り込み、流路内は大気圧により近い状態となる。この作用によりコンプレッサ１０５は無負荷状態に近い状態となるため、振動の発生を防止できまた、騒音の低減や低電力化にも寄与する結果となる。
【００２０】
＜吸着筒＞
気体分離手段としての吸着筒１０８ａ，１０８ｂは、少なくとも２本以上の吸着筒が並列に配置されており、充填される吸着剤には、１ｍｍ未満の顆粒測定値を有し、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３比が２．０〜３．０であるＸ型ゼオライトであり、かつ、Ａｌ２Ｏ３の四面体単位の少なくとも８８％以上をリチウムカチオンと融合させたものが好ましい。
【００２１】
＜圧力調整器＞
図２の製品タンク１１１では、吸着筒内圧力と同期して圧力が変動しているため、圧力調整器１１２は、リリーフ弁(開放弁)、減圧弁を含み、濃縮酸素を減圧し、ほぼ一定圧力となるよう機能する。更に、酸素吐出圧(２次側圧力)が異常に上昇した場合のリリーフ機能(リリーフ弁)とフィルタ機能を備えており、従来機のような個々に部品を設置するタイプに比べ、小型・軽量化・メンテナンス等の作業性の向上が図れる。なお、圧力調整器１１２下流側には流量設定器１１５が設置される。この流量設定器１１５は、電磁弁を含み、アップ／ダウンキー１１５ａ,確定キー１１５ｂ，機能選択キー１１５ｃにより行なう。なお、
流量制限をオリフィスをようにし、設定ダイヤルで流量を切り替えるようにしてもよい。
【００２２】
＜呼吸同調モードの設定・呼吸同調器(デマンド弁)／制御＞
呼吸同調モードの設定は、使用者（患者）が機能選択キー１１５ｃを押し、表示部１２８の動作状態表示部が「呼吸同調」を点滅させていることを確認し、アップ／ダウンキー１１５ａを押して設定・入力する。表示部１２８の流量表示部が５．０Ｌ／分を表示すれば、バッテリ駆動時において、呼吸同調モードで呼吸同調制御部１２２で呼吸同調器１１６が制御器され、９０％以上の濃縮酸素がワンタッチ酸素出口１１７（必要に応じて加湿器１５０を通る），チューブ１５２，鼻カニューレ１５１を経て使用者（患者）に供給されることになる。また、設定流量−バッテリ残量に基づいて、呼吸同調モードでの動可能時間を表示部１２８に表示したり、１時間ごとに音声で報知する。
【００２３】
＜電源＞
酸素濃縮装置１が適切に機能するためには、通常はＡＣ１００Ｖ電源から、コネクタ１３０、パルス電源１２５を経て、９０％以上に濃縮された酸素を設定された連続流で使用者（患者）に供給するようになっている。また、停電時等に備え、バッテリでの動作も可能となっている。このようなシステムに使用されるバッテリは、数１００回程度の充放電が可能で、バッテリ残量、使用充放電サイクル数、劣化程度、出力電圧等のマネジメント機能を有するものが使用され、バッテリ残量、残充電容量、充放電回数が表示部１２８に表示または通信コネクタ１２９を介して外部モニタ装置で読取れるようにされている。本機能により、従来の電池のように不確実な残量ではなく、劣化程度に応じた、電池の実力値としての残量管理が可能となっている。また、コネクタ１２７ａを介して酸素濃縮装置１に着脱自在に設けられ、好ましくはリチウム・イオン形式で積層された構造で、出力電圧が２１．０〜２９．０Ｖの充電式バッテリ１２７を含む。また、重量は、１．５ｋｇｗ程度で、呼吸同調制御を行う場合、９０％以上の濃縮酸素流量が最大５Ｌ／分時に最大３時間程度の動作を可能にしている。酸素濃縮装置１、リチウム・イオン・バッテリ以外にも他の携帯用エネルギ源からの供給も受け得る。例えば、充電式もしくは取替え式の燃料電池セルが使用され得る。また、ＤＣ電源（例えば、自動車のシガレット・ライタ・アダプタ）から、及び／又はＡＣ電源（例えば家庭もしくは事務所の商用電源のＡＣ壁ソケット）から電力を供給され、同時にバッテリ１２７は前記ＤＣもしくはＡＣ電源から充電されるよう構成されている。
【００２４】
＜呼吸同調制御＞ 
充電式バッテリ１２７により、酸素濃縮装置１全体が駆動されている場合、濃縮された酸素をより効率的に患者が使用するために、９０％以上の濃縮酸素を最大連続流５Ｌ／分に相当する流量で呼吸に同調した制御を行う。通常の呼吸の間、使用者（患者）は、吸息／呼息サイクル時間の約１／３を吸息に、残りの２／３を呼息に当てている。呼息の間に生成される濃縮酸素は、使用者（患者）にとっては不要のもので、その結果この余剰の濃縮酸素の流れを効率的に提供する追加のバッテリ電力は無駄にされているといえる。呼息の間に生成された濃縮酸素を吸息時に供給することにより、仮に、吸息／呼息サイクルが１(吸息)：２(呼息)であるならば、吸息時に３倍の流量まで供給することが可能となる。このように、呼吸同調制御を行うことにより、装置の小型化、低消費電力化が可能となる。
【００２５】
＜各種センサ＞ 
酸素濃縮装置１は、流量検知方式等による呼吸センサ１１６ａ、酸素センサ１１４を標準装備しているが、加速度センサ１３５、ＧＰＳ(全地球位置センサ)１３４、ショックセンサ１３２等の各種センサ、脈拍センサ、血圧センサ、血中酸素飽和度センサ等をオプションとして付属させることも可能である。採用される酸素センサにはガルバニ電池式、超音波式、ジルコニア式等のセンサが使用可能だが、大きさの点や測定精度の点からもジルコニア式酸素センサが好ましい。しかしながら、ジルコニア式と呼ばれるその方法はジルコニア高分子膜をヒータで熱せなくてはならず、消費電力が高いという問題点があった。消費電力低減には、特にバッテリ動作時には、連続測定(ヒータを連続加熱)でなく、間欠測定(ヒータを間欠加熱)するように動作させることが消費電力を最小限に抑えるうえで有効な手段であり、この酸素センサ１１４による測定値が所定の範囲を外れる場合には所定期間連続測定に切替えるようにすることで、測定の信頼性も向上できる。なお、所定期間の連続測定で所定範囲内であることが確認されると自動的に間欠測定にもどるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本考案の実施例の外観斜視図である。
【図２】本考案の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
1・・・酸素濃縮装置、１０１・・・フィルタ、１０５・・・コンプレッサ、１１５・・・流量設定器、１１６・・・呼吸同調器、１２４・・・制御部、１２７・・・バッテリ、１２８・・・表示部
【図１】
0003122293.tif 000003
【図２】
0003122293.tif 000004